一种氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备方法转让专利
申请号 : CN201410009087.9
文献号 : CN103708546B
文献日 : 2015-08-26
发明人 : 裴立宅 , 蔡征宇
申请人 : 安徽工业大学
摘要 :
本发明公开了一种氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明的制备方法以乙酸锌、钛酸四丁酯为原料，水为溶剂，其中乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1。将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度100-180℃、保温0-24h，所述乙酸锌与钛酸四丁酯的量不大于水重量的40%，乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量不大于容器填充度的80%，最终可得到氧化锌/氧化钛复合纳米棒白色絮状产物。本发明氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备温度低、制备过程简单、对环境无污染，可实现氧化锌/氧化钛复合纳米棒的批量制备。
权利要求 :
1.一种氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：以乙酸锌、钛酸四丁酯为原料，水为溶剂，将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度100-180℃、保温0-24h，得到白色絮状产物，即为氧化锌/氧化钛复合纳米棒；
所述乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1；
所述乙酸锌与钛酸四丁酯的量不大于水重量的40%；
所述乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量不大于容器填充度的80%。
说明书 :
一种氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备方法。
背景技术
[0002] 氧化锌纳米棒及氧化钛纳米棒是重要的陶瓷、半导体及光催化材料，具有优异的光学、催化、电学及生物特性，在化工、半导体器件、太阳能电池、生物、涂料、传感器、塑料、油墨、造纸、橡胶及光催化剂方面具有良好的应用前景。将氧化锌纳米棒及氧化钛纳米棒复合于一起，比单组分形式存在时具有更独特及优异的性能，例如可以增强氧化锌及氧化钛的光学性能及光催化活性、改善半导体器件的性能。
[0003] 目前已有关于氧化锌/氧化钛复合纳米棒合成的报道。Greene等[L.E.Greence,M.Law,B.D.Yuhas,P.D.Yang.ZnO-TiO2core-shell nanorod/P3HT solar cells.J.Phys.Chem.C,2007,111:18451-18456.]报道了氧化锌/氧化钛复合纳米棒的合成。此法首先通过两步溶液法在350℃时合成了氧化锌纳米棒，然后以四氯化钛为钛源，采用原子层沉积系统于300℃在氧化锌纳米棒上沉积形成了氧化锌/氧化钛复合纳米棒。
Panigrahi 等 [S.Panigrahi,D.Basak.Core-shell TiO2@ZnO nanorods for efficient ultraviolet photodetection.Nanoscale,2011,3:2336-2341.]也采用两步法制备出了氧化锌/氧化钛复合纳米棒。首先在350℃热分解乙酸锌在玻璃衬底上制备出了氧化锌纳米棒，然后以氧化锌纳米棒为基体，钛酸四异丙酯为钛源，在乙二醇单甲醚溶剂内通过溶胶-凝胶法形成了氧化锌/氧化钛复合纳米棒。然而，目前的制备方法存在制备过程复杂、设备昂贵、制备温度高等问题，增加了氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备成本，尤其是后一种方法需要使用有毒的有机溶剂，污染环境，对人体有害，不适合工业化生产，限制了氧化锌/氧化钛复合纳米棒的应用。
Panigrahi 等 [S.Panigrahi,D.Basak.Core-shell TiO2@ZnO nanorods for efficient ultraviolet photodetection.Nanoscale,2011,3:2336-2341.]也采用两步法制备出了氧化锌/氧化钛复合纳米棒。首先在350℃热分解乙酸锌在玻璃衬底上制备出了氧化锌纳米棒，然后以氧化锌纳米棒为基体，钛酸四异丙酯为钛源，在乙二醇单甲醚溶剂内通过溶胶-凝胶法形成了氧化锌/氧化钛复合纳米棒。然而，目前的制备方法存在制备过程复杂、设备昂贵、制备温度高等问题，增加了氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备成本，尤其是后一种方法需要使用有毒的有机溶剂，污染环境，对人体有害，不适合工业化生产，限制了氧化锌/氧化钛复合纳米棒的应用。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题在于克服现有技术之不足，提供一种制备温度低、工艺过程简单、对环境无污染的制备氧化锌/氧化钛复合纳米棒的方法。
[0005] 本发明一种氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备方法，该方法如下：
[0006] 以乙酸锌、钛酸四丁酯为原料，水为溶剂，将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度100-180℃、保温0-24h，可得到白色絮状产物，即为氧化锌/氧化钛复合纳米棒；所述乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1；所述乙酸锌与钛酸四丁酯的量不大于水重量的40%；所述乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量不大于容器填充度的80%。
[0007] 本发明的科学原理：
[0008] 本发明采用上述制备过程，乙酸锌溶解于水中，钛酸四丁酯水解形成氢氧化钛，在密封容器内于一定温度下反应生成氧化锌及氧化钛，氧化锌及氧化钛在水中达到过饱和而析出，从而形成氧化锌/氧化钛复合纳米棒。
[0009] 与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
[0010] 1、由于本发明制备过程简单、制备温度低，所以所得氧化锌/氧化钛复合纳米棒的成本低，这为氧化锌/氧化钛复合纳米棒的实际应用提供了条件；
[0011] 2、本发明提供了一种简单的氧化锌/氧化钛复合纳米棒及低温化学过程制备方法，对于探讨无机复合纳米功能材料的简单制备具有较重要的研究意义；
[0012] 3、本发明采用的是无毒的乙酸锌、钛酸四丁酯、水以及低温制备过程，原料及制备过程对环境无污染，符合环保要求的现代工业发展方向。
附图说明
[0013] 图1为实施例1所制备的氧化锌/氧化钛复合纳米棒的X-射线衍射（XRD）图谱；
[0014] 根据JCPDS PDF卡片，可以检索出所得氧化锌/氧化钛复合纳米棒由六方ZnO（JCPDS卡，卡号：36-1451）和四方TiO2（JCPDS卡，卡号：21-1276）晶相构成。
[0015] 图2为实施例1所制备的氧化锌/氧化钛复合纳米棒的扫描电子显微镜（SEM）图像；
[0016] 从图中可以看出180℃、保温24h所得产物为纳米棒，纳米棒的表面光滑，长度约300nm，直径约30-100nm。
[0017] 图3为实施例2所制备的氧化锌/氧化钛复合纳米棒的SEM图像；
[0018] 从图中可以看出180℃、保温12h所得产物为纳米棒，纳米棒的表面光滑，长度约300nm，直径约30-100nm。
具体实施方式
[0019] 实施例1：将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1，乙酸锌、钛酸四丁酯占水重量的40%，乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量占容器填充度的80%。在温度180℃、保温24h，最终得到了氧化锌/氧化钛复合纳米棒白色絮状产物。
[0020] 实施例2：将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1，乙酸锌、钛酸四丁酯占水重量的30%，乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量占容器填充度的60%。在温度180℃、保温12h，最终得到了氧化锌/氧化钛复合纳米棒白色絮状产物。
[0021] 实施例3：将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1，乙酸锌、钛酸四丁酯占水重量的25%，乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量占容器填充度的50%。在温度150℃、保温24h，最终得到了氧化锌/氧化钛复合纳米棒白色絮状产物。
[0022] 实施例4：将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1，乙酸锌、钛酸四丁酯占水重量的20%，乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量占容器填充度的50%。在温度150℃、保温12h，最终得到了氧化锌/氧化钛复合纳米棒白色絮状产物。
[0023] 实施例5：将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1，乙酸锌、钛酸四丁酯占水重量的10%，乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量占容器填充度的40%。在温度120℃、保温24h，最终得到了氧化锌/氧化钛复合纳米棒白色絮状产物。
[0024] 实施例6：将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1，乙酸锌、钛酸四丁酯占水重量的8%，乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量占容器填充度的30%。在温度100℃、保温24h，最终得到了氧化锌/氧化钛复合纳米棒白色絮状产物。
[0025] 实施例7：将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1，乙酸锌、钛酸四丁酯占水重量的5%，乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量占容器填充度的60%。在温度180℃、保温0h，最终得到了氧化锌/氧化钛复合纳米棒白色絮状产物。
[0026] 实施例8：将乙酸锌、钛酸四丁酯与水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中乙酸锌与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1，乙酸锌、钛酸四丁酯占水重量的3%，乙酸锌、钛酸四丁酯与水的量占容器填充度的70%。在温度140℃、保温12h，最终得到了氧化锌/氧化钛复合纳米棒白色絮状产物。